DE19848293C2 - Frequency spectrum analyzer with high carrier / noise ratio - Google Patents
Frequency spectrum analyzer with high carrier / noise ratioInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frequenzspek trumanalysator bzw. -spektralanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums eines Eingangssignals und insbesondere ei nen Frequenzspektrumanalysator mit einem hohen Trägerwellen- oder Träger/Rauschverhältnis oder -abstand (C/N-Verhältnis) zum Analysieren des Frequenzspektrums eines Eingangssignals mit einem breiten Dynamikbereich, einer hohen Auflösung und einem niedrigen Rauschanteil.The present invention relates to a frequency spec truman analyzer or spectral analyzer for analyzing the Frequency spectrum of an input signal and in particular egg frequency spectrum analyzer with a high carrier wave or carrier / noise ratio or distance (C / N ratio) for analyzing the frequency spectrum of an input signal with a wide dynamic range, high resolution and a low noise component.
Frequenzspektrumanalysatoren werden weit verbreitet zum Analysieren des Frequenzspektrums eines ankommenden oder Eingangssignals in einem Frequenzbereich bzw. Frequenzraum verwendet. Typischerweise werden in einem solchen Frequenz spektrumanalysator in vertikaler Richtung dargestellte Pegel des Frequenzzspektrums bezüglich eines in horizontaler Rich tung dargestellten Frequenzbereichs dargestellt. Ein Fre quenzspektrumanalysator weist drei oder mehr in Serie ge schaltete Frequenzwandler auf, die jeweils aus einem Frequenzmischer, einem lokalen Oszillator und einem Bandpaßfil ter gebildet werden, um Zwischenfrequenz(ZF)-signale ohne Störungen durch Spiegelfrequenzen (unerwünschte Frequenzen oder Neben- bzw. Störwellen) zu erzeugen (US 4 672 308 A).Frequency spectrum analyzers are widely used for Analyze the frequency spectrum of an incoming or Input signal in a frequency range or frequency range used. Typically, such a frequency Spectrum analyzer level shown in the vertical direction the frequency spectrum with respect to one in the horizontal direction tion shown frequency range. A fre The frequency spectrum analyzer has three or more in series switched on frequency converters, each consisting of a frequency mixer, a local oscillator and a bandpass file ter are formed to intermediate frequency (IF) signals without Interference from image frequencies (unwanted frequencies or secondary or interference waves) to generate (US 4,672,308 A).
Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Fre quenzzspektrumanalysators. Der in Fig. 3 dargestellte Frequenzspektrumanalysator weist drei Frequenzwandler auf. Der erste Frequenzwandler wird aus einem ersten Frequenz mischer 11, einem ersten ZF-Filter 21 und einem ersten loka len Oszillator 31 gebildet. Der zweite Frequenzwandler wird aus einem zweiten Frequenzmischer 12, einem zweiten ZF- Filter 22 und einem zweiten lokalen Oszillator 32 gebildet. Der dritte Frequenzwandler wird aus einem dritten Frequenz mischer 13, einem dritten ZF-Filter 23 und einem dritten lo kalen Oszillator 33 gebildet. Der Frequenzspektrumanalysator weist außerdem einen Rampen- oder Sägezahnsignal- oder Säge zahnwellengenerator 50, einen Detektor 60 und eine Sichtan zeige 70 auf. Fig. 3 shows an example of a frequency spectrum analyzer. The frequency spectrum analyzer shown in FIG. 3 has three frequency converters. The first frequency converter is formed from a first frequency mixer 11 , a first IF filter 21 and a first local oscillator 31 . The second frequency converter is formed from a second frequency mixer 12 , a second IF filter 22 and a second local oscillator 32 . The third frequency converter is formed from a third frequency mixer 13 , a third IF filter 23 and a third local oscillator 33 . The frequency spectrum analyzer also includes a ramp or sawtooth signal or sawtooth wave generator 50 , a detector 60 and a sight 70 .
Typischerweise ist der erste lokale Oszillator 31 ein Ablenk-, Kipp- oder Wobbeloszillator oder -generator, dessen Frequenz durch ein durch den Sägezahnsignalgenerator erzeug tes Sägezahnsignal linear gewobbelt wird. Der zweite und der dritte lokale Oszillator sind Oszillatoren mit festen Fre quenzen. Die Frequenz des durch den ersten lokalen Oszilla tor erzeugten ersten lokalen Signals ist höher als die Fre quenz des durch den zweiten lokalen Oszillator erzeugten zweiten lokalen Signals und des durch den dritten lokalen Oszillator erzeugten dritten lokalen Signals.Typically, the first local oscillator 31 is a deflection, tilt, or wobble oscillator or generator, the frequency of which is linearly swept by a sawtooth signal generated by the sawtooth signal generator. The second and third local oscillators are oscillators with fixed frequencies. The frequency of the first local signal generated by the first local oscillator is higher than the frequency of the second local signal generated by the second local oscillator and the third local signal generated by the third local oscillator.
Ein zu analysierendes Eingangssignal F1 wird durch den ersten Frequenzmischer 11 mit dem ersten lokalen Signal ge mischt, wodurch erste ZF-Signale erzeugt werden, die sowohl die Summen- als die Differenzfrequenz zwischen dem Eingangs signal und dem ersten lokalen Signal aufweisen. Das erste ZF-Filter 21, das ein Bandpaßfilter ist, wählt das Summen- oder das Differenz-ZF-Signal vom ersten Frequenzmischer 11 aus.An input signal F1 to be analyzed is mixed by the first frequency mixer 11 with the first local signal, whereby first IF signals are generated which have both the sum and the difference frequency between the input signal and the first local signal. The first IF filter 21 , which is a bandpass filter, selects the sum or difference IF signal from the first frequency mixer 11 .
Das erste ZF-Signal wird dem zweiten Frequenzmischer 12 zugeführt, wo es mit dem durch den zweiter lokalen Oszilla tor 32 erzeugten zweiten lokalen Signal gemischt wird. Der zweite Frequenzmischer erzeugt zweite ZF-Signale, die sowohl die Summen- als die Differenzfrequenz zwischen dem ersten ZF-Signal und dem zweiten lokalen Signal aufweisen. Das zweite ZF-Filter 22, das ein Bandpaßfilter ist, wählt das Summen- oder das Differenz-ZF-Signal vom zweiten Frequenz mischer 12 aus.The first IF signal is fed to the second frequency mixer 12 , where it is mixed with the second local signal generated by the second local oscillator 32 . The second frequency mixer generates second IF signals which have both the sum and the difference frequency between the first IF signal and the second local signal. The second IF filter 22 , which is a bandpass filter, selects the sum or difference IF signal from the second frequency mixer 12 .
Ähnlicherweise wird das zweite ZF-Signal dem dritten Frequenzmischer 13 zugeführt, wo es mit dem durch den drit ten lokalen Oszillator 33 erzeugten dritten lokalen Signal gemischt wird. Der dritte Frequenzmischer erzeugt dritte ZF- Signale, die sowohl die Summen- als auch die Differenzfre quenz zwischen dem zweiten ZF-Signal und dem dritten lokalen Signal aufweisen. Das dritte ZF-Filter 23, das ein Bandpaß filter ist, wählt das Summen- oder das Differenz-ZF-Signal vom dritten Frequenzmischer 13 aus.Similarly, the second IF signal is fed to the third frequency mixer 13 where it is mixed with the third local signal generated by the third local oscillator 33 . The third frequency mixer generates third IF signals which have both the sum and the difference frequency between the second IF signal and the third local signal. The third IF filter 23 , which is a bandpass filter, selects the sum or difference IF signal from the third frequency mixer 13 .
Das vom dritten ZF-Filter 23 erhaltene dritte ZF-Signal wird dem Detektor 60 zugeführt, wo eine dem Wechselspan nungspegel des dritten ZF-Signals proportionale Gleichspan nung erzeugt wird. Die Gleichspannung wird der Sichtanzeige 70 zugeführt, wo sie in einer vertikalen Achse als Span nungs- oder Leistungspegel dargestellt wird. Weil der Sichtanzeige 70 auch das Sägezahnsignal zugeführt wird, um eine horizontale Achse der Sichtanzeige zu steuern, wird auf dem Bildschirm der Sichtanzeige das Frequenzspektrum des Eingangssignals F1 in einem Frequenzbereich dargestellt. Bei einer solchen Frequenzbereichsanalyse wird der Spannungs- oder Leistungspegel in der vertikalen Richtung dargestellt, während der Frequenzbereich (Meßbereich) in horizontaler Richtung dargestellt wird.The third IF signal obtained from the third IF filter 23 is fed to the detector 60 , where a direct voltage proportional to the AC voltage level of the third IF signal is generated. The DC voltage is fed to the display 70 where it is shown in a vertical axis as a voltage or power level. Because the sawtooth signal is also supplied to the display 70 in order to control a horizontal axis of the display, the frequency spectrum of the input signal F1 is shown in a frequency range on the display screen. In such a frequency domain analysis, the voltage or power level is shown in the vertical direction, while the frequency domain (measuring range) is shown in the horizontal direction.
Wie vorstehend kurz erwähnt wurde, weist ein Fre quenzzspektrumanalysator mehrere Stufen von Frequenzwandlern auf, um Spiegelfrequenzen (unerwünschte Frequenzen oder Ne ben- bzw. Störwellen) durch Auswählen von geeigneten Fre quenzen in den lokalen Signalen und in den ZF-Signalen zu eliminieren. Außer daß unerwünschte Frequenzen eliminiert werden müssen, ist es wichtig, daß ein Frequenzspektrumana lysator ein hohes Trägerwellen/Rauschverhältnis (C/N-Ver hältnis) aufweist, um ein Eingangssignal mit hoher Empfind lichkeit und Auflösung zu analysieren.As mentioned briefly above, a Fre frequency spectrum analyzer multiple stages of frequency converters on to mirror frequencies (unwanted frequencies or Ne ben- or interference waves) by selecting suitable Fre sequences in the local signals and in the IF signals eliminate. Except that unwanted frequencies are eliminated it is important that a frequency spectrum analyzer has a high carrier wave / noise ratio (C / N ver ratio) to an input signal with high sensitivity to analyze the possibility and resolution.
Es ist bekannt, daß ein C/N-Verhältnis eines Spektrum analysators durch die C/N-Verhältnisse (Reinheit) der darin verwendeten lokalen Signale bestimmt ist. Dies ist der Fall, weil das Phasenrauschen lokaler Oszillatoren normalerweise größer ist als der Rauschuntergrund anderer Komponenten des Spektrumanalysators. Es ist außerdem bekannt, daß ein C/N- Verhältnis eines Oszillators mit fester Frequenz höher ist als dasjenige eines Wobbeloszillators. Außerdem weist ein Oszillator mit einer hochgradig selektiven Resonanzschal tung, z. B. ein Kristalloszillator, ein höheres C/N-Verhält nis auf als andersartige Oszillatoren.It is known that a C / N ratio of a spectrum analyzer by the C / N ratios (purity) of the therein local signals used is determined. This is the case because the phase noise of local oscillators usually is larger than the background noise of other components of the Spectrum analyzer. It is also known that a C / N Ratio of a fixed frequency oscillator is higher than that of a wobble oscillator. In addition, a Oscillator with a highly selective resonance scarf tung, z. B. a crystal oscillator, a higher C / N ratio than other types of oscillators.
Bei der Anordnung von Fig. 3 ist der erste lokale Os
zillator 31 ein breitbandiger Wobbeloszillator, in dem typi
scherweise ein YIG-Resonator verwendet wird. Der zweite und
der dritte lokale Oszillator 32 und 33 sind Oszillatoren mit
fester Frequenz. Als der dritte Oszillator 33 wird normaler
weise ein hochstabiler Kristalloszillator verwendet. Daher
werden allgemein die Grade des Phasenrauschens in den ersten
bis dritten Oszillatoren in folgender Reihenfolge darge
stellt:
In the arrangement of FIG. 3, the first local oscillator 31 is a broadband wobble oscillator in which a YIG resonator is typically used. The second and third local oscillators 32 and 33 are fixed frequency oscillators. A highly stable crystal oscillator is normally used as the third oscillator 33 . Therefore, the degrees of phase noise in the first to third oscillators are generally presented in the following order:
ϕLO1 < ϕLO2 < ϕLO3 (1)
ϕ LO1 <ϕ LO2 <ϕ LO3 (1)
wobei ϕLO1 das Phasenrauschen des ersten lokalen Oszillators 31. ϕLO2 das Phasenrauschen des zweiten lokalen Oszillators 32 und ϕLO3 das Phasenrauschen des dritten lokalen Oszilla tors 33 bezeichnen.where ϕ LO1 is the phase noise of the first local oscillator 31 . ϕ LO2 denote the phase noise of the second local oscillator 32 and ϕ LO3 the phase noise of the third local oscillator 33 .
Wenn der Rauschuntergrund der anderen Komponenten des
Spektrumanalysators kleiner ist als das Phasenrauschen der
lokalen Oszillatoren und das Phasenrauschen der lokalen Os
zillatoren statistisches oder weißes Rauschen ist, wird das
Gesamtphasenrauschen ϕN des Frequenzspektrumanalysators fol
gendermaßen dargestellt:
If the background noise of the other components of the spectrum analyzer is smaller than the phase noise of the local oscillators and the phase noise of the local oscillators is statistical or white noise, the total phase noise ϕ N of the frequency spectrum analyzer is shown as follows:
ϕN = ((ϕLO1)2 + (ϕLO2)2 + (ϕLO3)2)1/2 (2)ϕ N = ((ϕ LO1 ) 2 + (ϕ LO2 ) 2 + (ϕ LO3 ) 2 ) 1/2 (2)
Weil das Phasenrauschen des ersten lokalen Oszillators 31 am
größten ist, wird Gleichung (2) umgeschrieben in:
Because the phase noise of the first local oscillator 31 is greatest, equation (2) is rewritten as:
ϕN ≈ ϕLO1 (3)ϕ N ≈ ϕ LO1 (3)
Daher ist das C/N-Verhältnis des Freqeunzspektrumanalysators 31 etwa dem C/N-Verhältnis des ersten lokalen Oszillators 31 gleich. Weil der erste lokale Oszillator 31 ein breitbandi ger Wobbeloszillator ist, typischerweise ein YIG-abge stimmter, spannungsgesteuerter Oszillator, ist er teuer, und es ist schwierig, sein Phasenrauschen weiter zu reduzieren.Therefore, the C / N ratio of the frequency spectrum analyzer 31 is approximately the same as the C / N ratio of the first local oscillator 31 . Because the first local oscillator 31 is a broadband sweep oscillator, typically a YIG tuned voltage controlled oscillator, it is expensive and it is difficult to further reduce its phase noise.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator mit einem Gesamtrauschpegel bereitzustellen, der wesentlich geringer ist als der Rauschpegel eines herkömmlichen Spektrumanalysators.It is therefore an object of the present invention a frequency spectrum analyzer with a total noise level to provide, which is much less than that Noise level of a conventional spectrum analyzer.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator bereitzustellen, durch den das Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) durch Verwen dung einer relativ einfachen und kleinformatigen Schaltung verbessert wird.It is another object of the present invention to provide a frequency spectrum analyzer through which the carrier / noise ratio (C / N ratio) by using a relatively simple and small format circuit is improved.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator bereitzustellen, der ein Frequenzspektrum eines Eingangssignals mit einem breiten Dy namikbereich und mit hoher Auflösung analysieren kann.It is another object of the present invention to provide a frequency spectrum analyzer that a Frequency spectrum of an input signal with a wide Dy analysis area and with high resolution.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator bereitzustellen, der zwi schen einem Modus, in dem ein hohes C/N-Verhältnis mit einem relativ schmalen Frequenzbereich eingestellt ist, und einem Modus, in dem die Funktion eines herkömmlichen Frequenzspek trumanalysators eingestellt ist, umgeschaltet werden kann.It is another object of the present invention to provide a frequency spectrum analyzer that is between a mode in which a high C / N ratio with a relatively narrow frequency range is set, and one Mode in which the function of a conventional frequency spec trumanalysators is set, can be switched.
Im erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanalysator wird die Frequenz des durch den ersten lokalen Oszillator erzeug ten Signals um einen Faktor N untersetzt, bevor es mit dem zu analysierenden Eingangssignal gemischt wird. Dadurch wird das Gesamt-Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) des Spektrumanalysators um den Faktor N des Untersetzungsver hältnisses verbessert.In the frequency spectrum analyzer according to the invention the frequency of that generated by the first local oscillator th signal by a factor N before it with the input signal to be analyzed is mixed. This will the total carrier / noise ratio (C / N ratio) of the Spectrum analyzer by factor N of the reduction ratio ratio improved.
Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fre quenzspektrumanalysators zum Analysieren eines Frequenzspek trums eines Eingangssignals weist auf: einen ersten Fre quenzwandler, der aus einem ersten Frequenzmischer, einem ersten ZF-(Zwischenfrequenz)Filter und einem ersten loka len Signaloszillator gebildet wird, um ein erstes ZF-Signal zu erzeugen; einen zweiten Frequenzwandler, der das erste ZF-Signal empfängt und aus einem zweiten Frequenzmischer, einem zweiten ZF-Filter und einem zweiten lokalen Signalos zillator gebildet wird, um ein zweites ZF-Signal zu erzeu gen; einen dritten Frequenzwandler, der das zweite ZF-Signal empfängt und aus einem dritten Frequenzmischer, einem drit ten ZF-Filter und einem dritten lokalen Signaloszillator ge bildet wird, um ein drittes ZF-Signal zu erzeugen, das als Frequenzspektrum des Eingangssignals dargestellt wird; einen Frequenzteiler zum Untersetzen einer Frequenz des ersten lo kalen Signals um einen Faktor N; einen Frequenzvervielfacher zum Vervielfachen einer Frequenz des dritten lokalen Signals; einen vierten Frequenzmischer, dem ein Signal mit ei ner untersetzten Frequenz vom Frequenzteiler als viertes lo kales Signal zugeführt wird; und einen fünften Frequenz mischer, der das zu analysierende Eingangssignal und ein vom Frequenzvervielfacher als ein fünftes lokales Signal erhal tenes Signal mit einer vervielfachten Frequenz mischt und dem vierten Frequenzmischer ein frequenzgewandeltes Ein gangssignal zuführt; wobei der vierte Frequenzmischer das vierte lokale Signal und das frequenzgewandelte Eingangs signal mischt und dem dritten Frequenzwandler das sich dar aus ergebende ZF-Signal zuführt.A first embodiment of a Fre frequency spectrum analyzer for analyzing a frequency spec strums of an input signal has: a first Fre frequency converter, consisting of a first frequency mixer, a first IF (intermediate frequency) filter and a first loka len signal oscillator is formed to a first IF signal to create; a second frequency converter, the first IF signal received and from a second frequency mixer, a second IF filter and a second local signal zillator is formed to generate a second IF signal gene; a third frequency converter, the second IF signal receives and from a third frequency mixer, a third IF filter and a third local signal oscillator is formed to generate a third IF signal, which as Frequency spectrum of the input signal is displayed; one Frequency divider for reducing a frequency of the first lo kalen signal by a factor N; a frequency multiplier to multiply a frequency of the third local signal; a fourth frequency mixer, to which a signal with egg ner reduced frequency from the frequency divider as the fourth lo kales signal is supplied; and a fifth frequency mixer, which contains the input signal to be analyzed and a from Receive frequency multiplier as a fifth local signal mixes tenes signal with a multiplied frequency and the fourth frequency mixer a frequency-converted on feeds signal; the fourth frequency mixer the fourth local signal and the frequency-converted input signal mixes and the third frequency converter from the resulting IF signal.
Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird das dem fünften Frequenzmischer zugeführte lokale Signal anstatt durch den bei der ersten Ausführungsform ver wendeten Frequenzvervielfacher durch eine Phasenregelschlei fe erzeugt. Die zweite Ausführungsform kann kostengünstiger hergestellt werden als die erste Ausführungsform, weil bei der zweiten Ausführungsform der Frequenzvervielfacher und das zugeordnete Bandpaßfilter nicht erforderlich sind.In the second embodiment of the present invention the local frequency fed to the fifth frequency mixer Signal instead of the ver in the first embodiment used frequency multipliers through a phase locked loop fe generated. The second embodiment can be less expensive be manufactured as the first embodiment because at the second embodiment of the frequency multiplier and the associated bandpass filter are not required.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung nä her erläutert; es zeigen:The invention is based on the drawing forth explained; show it:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zum Darstellen der Struktur einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzspek trumanalysators; Fig. 1 is a block diagram showing the structure of an embodiment of a frequency spectrum analyzer according to the invention;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zum Darstellen der Struktur einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fre quenzspektrumanalysators; und Fig. 2 is a block diagram showing the structure of another embodiment of a frequency spectrum analyzer according to the present invention; and
Fig. 3 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels der Struktur eines Frequenzspektrumanalysa tors. Fig. 3 is a block diagram showing an example of the structure of a frequency spectrum analyzer.
Nachstehend wird die erste Ausführungsform der vorlie genden Erfindung unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanalysators weist sechs Frequenzwandler auf. Die ersten bis dritten Frequenzwandler sind die gleichen wie beim Beispiel von Fig. 3.The first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. 1. The embodiment of a frequency spectrum analyzer according to the invention shown in FIG. 1 has six frequency converters. The first to third frequency converters are the same as in the example of FIG. 3.
D. h., der erste Frequenzwandler wird aus einem ersten Frequenzmischer 11, einem ersten ZF-(Zwischenfrequenz)Fil ter 21 und einem ersten lokalen Oszillator 31 gebildet und erzeugt ein erstes ZF-Signal. Der zweite Frequenzwandler wird aus einem zweiten Frequenzmischer 12, einem zweiten ZF- Filter 22 und einem zweiten lokalen Oszillator 32 gebildet und erzeugt ein zweites ZF-Signal. Der dritte Frequenzwand ler wird aus einem dritten Frequenzmischer 13, einem dritten ZF-Filter 23 und einem dritten lokalen Oszillator 33 gebil det und erzeugt ein drittes ZF-Signal.That is, the first frequency converter is formed from a first frequency mixer 11 , a first IF (intermediate frequency) filter 21 and a first local oscillator 31 and generates a first IF signal. The second frequency converter is formed from a second frequency mixer 12 , a second IF filter 22 and a second local oscillator 32 and generates a second IF signal. The third frequency converter is formed from a third frequency mixer 13 , a third IF filter 23 and a third local oscillator 33 and generates a third IF signal.
Der vierte Frequenzwandler wird aus einem Frequenz mischer 14 und einem Frequenzteiler 40 gebildet, der die Frequenz des durch den ersten lokalen Oszillator 31 erzeug ten Signals durch den Faktor N teilt. Der fünfte Frequenz wandler wird aus einem Frequenzmischer 15, einem Frequenz vervielfacher 45, der die Frequenz des durch den dritten lo kalen Oszillator 33 erzeugten Signals mit n multipliziert, einem Bandpaßfilter 24 und einem Tiefpaßfilter 25 gebildet. Der sechste Frequenzwandler wird aus einem Frequenzmischer 16, dem dritten lokalen Oszillator 33, einem programmierba ren Frequenzteiler 41, der die Frequenz des durch den drit ten lokalen Oszillator 33 erzeugten Signals durch einen vor gegebenen Faktor teilt, und einem Bandpaßfilter 26 gebildet.The fourth frequency converter is formed from a frequency mixer 14 and a frequency divider 40 which divides the frequency of the signal generated by the first local oscillator 31 by the factor N. The fifth frequency converter is made up of a frequency mixer 15 , a frequency multiplier 45 which multiplies the frequency of the signal generated by the third local oscillator 33 by n, a bandpass filter 24 and a low-pass filter 25 . The sixth frequency converter is made up of a frequency mixer 16 , the third local oscillator 33 , a programmable frequency divider 41 which divides the frequency of the signal generated by the third local oscillator 33 by a predetermined factor, and a bandpass filter 26 .
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind außerdem Schalter SW1, SW2 und SW3 vorgesehen. Wann die Schalter SW1 und SW2 auf Anschlüsse N geschaltet sind, hat der Frequenzspektrumanalysator die gleiche Konfiguration wie derjenige von Fig. 3. Wenn die Schalter SW1 und SW2 auf An schlüsse H geschaltet sind, wird erfindungsgemäß das hohe C/N-Verhältnis erhalten. Ähnlich wie beim Beispiel von Fig. 3 weist der erfindungsgemäße Frequenzspek trumanalysator außerdem einen Sägezahngenerator 50, einen Detektor 60 und eine Sichtanzeige 70 auf.In the embodiment shown in FIG. 1, switches SW1, SW2 and SW3 are also provided. When the switches SW1 and SW2 are connected to connections N, the frequency spectrum analyzer has the same configuration as that of FIG. 3. If the switches SW1 and SW2 are switched to connections H, the high C / N ratio is obtained according to the invention. Similar to the example of FIG. 3, the frequency spectrum analyzer according to the invention also has a sawtooth generator 50 , a detector 60 and a visual display 70 .
Nachstehend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanalysators für den Fall beschrieben, daß die Schalter SW1 und SW2 auf die Anschlüsse H eingestellt sind und der Schalter SW3 auf einen Anschluß a eingestellt ist, wie in Fig. 1 dargestellt.The operation of the frequency spectrum analyzer according to the present invention will now be described in the case where the switches SW1 and SW2 are set to the terminals H and the switch SW3 is set to the terminal a, as shown in FIG .
Die Frequenz eines zu analysierenden Eingangssignals F1 wird durch den Frequenzmischer 15 umgewandelt, der das Ein gangssignal F1 mit einem fünften lokalen Signal F5 mischt, das dem Frequenzmischer vom Frequenzvervielfacher 45 über das Bandpaßfilter 24 zugeführt wird. Das dem Frequenzmischer 15 zugeführte fünfte lokale Signal weist eine Frequenz auf, die n-mal höher ist als die Frequenz des Signals vom dritten lokalen Oszillators 33. Der Frequenzmischer 15 erzeugt ein viertes ZF-Signal, das dem Frequenzmischer 14 über das Tief paßfilter 25 zugeführt wird.The frequency of an input signal F1 to be analyzed is converted by the frequency mixer 15 , which mixes the input signal F1 with a fifth local signal F5, which is fed to the frequency mixer from the frequency multiplier 45 via the bandpass filter 24 . The fifth local signal fed to the frequency mixer 15 has a frequency that is n times higher than the frequency of the signal from the third local oscillator 33 . The frequency mixer 15 generates a fourth IF signal, which is supplied to the frequency mixer 14 via the low-pass filter 25 .
Der Frequenzmischer 14 mischt das vierte ZF-Signal mit einem vierten lokalen Signal vom Frequenzteiler 40. Die Fre quenz des dem Frequenzmischer 14 zugeführten vierten lokalen Signals beträgt 1/N der Frequenz des Signals vom ersten lo kalen Oszillators 31. Der Frequenzmischer 14 führt dem zwei ten ZF-Filter 22 ein fünftes ZF-Signal zu, das die gleiche Frequenz hat wie das zweite ZF-Signal. Daher wird das fünfte ZF-Signal durch den dritten Frequenzmischer 13 mit dem drit ten lokalen Signal gemischt und in das dritte ZF-Signal um gewandelt. Die Amplitude des dritten ZF-Signals wird durch den Detektor 60 erfaßt und der Sichtanzeige 70 zugeführt, und das dritte ZF-Signal wird als Frequenzspektrum darge stellt.The frequency mixer 14 mixes the fourth IF signal with a fourth local signal from the frequency divider 40 . The frequency of the fourth local signal supplied to the frequency mixer 14 is 1 / N the frequency of the signal from the first local oscillator 31 . The frequency mixer 14 supplies the second IF filter 22 with a fifth IF signal which has the same frequency as the second IF signal. Therefore, the fifth IF signal is mixed by the third frequency mixer 13 with the third local signal and converted into the third IF signal. The amplitude of the third IF signal is detected by the detector 60 and fed to the display 70 , and the third IF signal is presented as a frequency spectrum.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird voraus
gesetzt, daß der Rauschuntergrund der anderen Komponenten
des Spektrumanalysators geringer ist als das Phasenrauschen
der lokalen Oszillatoren und das Phasenrauschen der lokalen
Oszillatoren statistisches oder weißes Rauschen ist. Dann
wird das Gesamtphasenrauschen ϕH des Frequenzspektrumanalysa
tors folgendermaßen dargestellt:
In the arrangement shown in Fig. 1, it is assumed that the noise background of the other components of the spectrum analyzer is less than the phase noise of the local oscillators and the phase noise of the local oscillators is statistical or white noise. Then the total phase noise ϕ H of the frequency spectrum analyzer is represented as follows:
ϕH = ((ϕLO4)2 + (ϕLO3)2 + (ϕLO5)2)1/2 (4)ϕ H = ((ϕ LO4 ) 2 + (ϕ LO3 ) 2 + (ϕ LO5 ) 2 ) 1/2 (4)
In Gleichung (4) bezeichnet ϕLO4 das Phasenrauschen des vier
ten lokalen Signals, das durch den Frequenzteiler 40 erzeugt
wird, der das erste lokale Signal durch den Faktor N teilt,
d. h. ϕLO4 = (1/N)ϕLO1. Außerdem bezeichnet ϕLO5 das Phasenrau
schen des fünften lokalen Signals F5, das durch den Fre
quenzvervielfacher 45 erzeugt wird, der das dritte lokale
Signal mit dem Faktor n multipliziert, d. h. ϕLO5 = nϕLO3. Da
her wird Gleichung (4) folgendermaßen dargestellt:
In equation (4), ϕ LO4 denotes the phase noise of the fourth local signal generated by the frequency divider 40 , which divides the first local signal by the factor N, ie ϕ LO4 = (1 / N) ϕ LO1 . In addition, ϕ LO5 denotes the phase noise of the fifth local signal F5, which is generated by the frequency multiplier 45 , which multiplies the third local signal by the factor n, ie ϕ LO5 = nϕ LO3 . Hence equation (4) is represented as follows:
ϕH = (((1/N) × ϕLO1)2 + (1 + n2) × (ϕLO3)2)1/2 (5)ϕ H = (((1 / N) × ϕ LO1 ) 2 + (1 + n 2 ) × (ϕ LO3 ) 2 ) 1/2 (5)
Wenn die nachstehende Beziehung (6) verwendet wird,
kann Gleichung (5) folgendermaßen in Gleichung (7) umge
schrieben werden:
Using relationship (6) below, equation (5) can be rewritten to equation (7) as follows:
(((1/N) × ϕLO1)2 < (1 + n2) × (ϕLO3)2)1/2 (6)
(((1 / N) × ϕ LO1 ) 2 <(1 + n 2 ) × (ϕ LO3 ) 2 ) 1/2 (6)
ϕH ≈ (1/N) × ϕLO1 (7)ϕ H ≈ (1 / N) × ϕ LO1 (7)
Gleichung (7) bedeutet, daß das Phasenrauschen des Spektrum analysators um den Faktor 1/N reduziert ist, d. h., das C/N- Verhältnis des Spektrumanalysators ist um den Faktor N er höht.Equation (7) means that the phase noise of the spectrum analyzer is reduced by a factor of 1 / N, d. i.e., the C / N The ratio of the spectrum analyzer is around the factor N er increased.
Der erste lokale Oszillator 31 ist ein breitbandiger Wobbeloszillator, in dem typischerweise ein YIG-Resonator mit einem C/N-Verhältnis von 100 dBc/Hz bei einem Offsetwert von 10 kHz verwendet wird. Dar zweite lokale Oszillator 32 ist ein Oszillator mit fester Frequenz, z. B. ein dielektri scher Resonanzoszillator, mit einem C/N-Verhältnis von 110 dBc/Hz bei einem Offsetwert von 10 kHz, und der dritte loka le Oszillator 33 ist ein Kristalloszillator mit fester Frequenz mit einem C/N-Verhältnis von 145 dBc/Hz bei einem Offsetwert von 10 kHz. Daher beträgt das Gesamt-C/N- Verhältnis im Beispiel von Fig. 3 100 dBc/Hz oder weniger, weil das Gesamtphasenrauschen durch das Pha senrauschen das ersten lokalen Oszillators bestimmt ist.The first local oscillator 31 is a broadband wobble oscillator in which a YIG resonator with a C / N ratio of 100 dBc / Hz is typically used with an offset value of 10 kHz. The second local oscillator 32 is a fixed frequency oscillator, e.g. B. a dielectric resonance oscillator with a C / N ratio of 110 dBc / Hz at an offset value of 10 kHz, and the third local oscillator 33 is a fixed frequency crystal oscillator with a C / N ratio of 145 dBc / Hz at an offset value of 10 kHz. Therefore, the total C / N ratio in the example of FIG. 3 is 100 dBc / Hz or less because the total phase noise is determined by the phase noise of the first local oscillator.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn diese C/N-Verhältnisse der lokalen Oszillatoren in Gleichung (5) verwendet werden, das Gesamtphasenrauschen wesentlich niedriger als dasjenige des ersten lokalen Oszillators 31. Wenn beispielsweise das Tei lungs- oder Untersetzungsverhältnis N = 16 und die Multipli kations- oder Vervielfachungsrate n = 9 beträgt, wird das Gesamt-C/N-Verhältnis 124 dBc/Hz, was bezüglich des Frequenzspektrumanalysators von Fig. 3 ein um 24 dB besserer Wert ist.In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, when these C / N ratios of the local oscillators in equation (5) are used, the total phase noise becomes much lower than that of the first local oscillator 31 . For example, if the division or reduction ratio is N = 16 and the multiplication or multiplication rate is n = 9, the total C / N ratio becomes 124 dBc / Hz, which is 24 dB better with respect to the frequency spectrum analyzer of FIG. 3 Is worth.
Wenn der Schalter SW3, wie vorstehend erwähnt, mit dem Anschluß a verbunden ist, kann ein Fall auftreten, bei dem die Frequenz des Eingangssignals der Frequenz des fünften lokalen Signals gleich ist, so daß kein ZF-Signal vom Fre quenzmischer 15 erhalten wird. In diesem Fall kann für das Eingangssignal keine Frequenzanalyse ausgeführt werden.When the switch SW3 is connected to the terminal a as mentioned above, a case may occur in which the frequency of the input signal is equal to the frequency of the fifth local signal, so that no IF signal is obtained from the frequency mixer 15 . In this case, frequency analysis cannot be performed on the input signal.
Um dieses Problem zu lösen, wird der Schalter SW3 auf den Anschluß b geschaltet, um die Frequenz des dem Frequenz mischer 15 zugeführten fünften lokalen Signals zu verschie ben. Die Frequenz des durch den dritten lokalen Oszillator 33 erzeugten Signals wird durch den programmierbaren Fre quenzteiler 41 auf 1/5 oder 1/6 der ursprünglichen Frequenz untersetzt. Das Ausgangssignal des programmierbaren Fre quenzteilers 41 wird im Frequenzmischer 16 mit dem ursprüng lichen oder originalen dritten lokalen Signal gemischt, um beispielsweise ein Signal mit der (1 + 1/5)-fachen Frequenz des dritten lokalen Signals zu erzeugen. Das frequenzver schobene lokale Signal wird dem Frequenzvervielfacher 45 über das Filter 26 zugeführt und mit n multipliziert, um das fünfte lokale Signal F5' zu erzeugen, dessen Frequenz von derjenigen des Eingangssignals F1 verschieden ist. Daher er zeugt der Frequenzmischer 15 ein dem Frequenzmischer 14 zu zuführendes ZF-Signal.To solve this problem, the switch SW3 is switched to the terminal b to shift the frequency of the fifth local signal supplied to the frequency mixer 15 . The frequency of the signal generated by the third local oscillator 33 is reduced by the programmable frequency divider 41 to 1/5 or 1/6 of the original frequency. The output signal of the programmable frequency divider 41 is mixed in the frequency mixer 16 with the original or original third local signal, for example to generate a signal with the (1 + 1/5) times the frequency of the third local signal. The frequency shifted local signal is fed to the frequency multiplier 45 through the filter 26 and multiplied by n to produce the fifth local signal F5 ', the frequency of which is different from that of the input signal F1. Therefore, it generates the frequency mixer 15, an IF signal to be supplied to the frequency mixer 14 .
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, obwohl das C/N-Verhältnis we sentlich verbessert ist, der zu analysierende Frequenzbe reich des Eingangssignals aufgrund des verminderten Wobbel frequenzbereichs des dem Frequenzmischer 14 zugeführten lo kalen Signals reduziert. In diesem Fall werden, wenn der Be nutzer das Eingangssignal in einem breiteren Frequenzbereich analysieren möchte, die Schalter SW1 und SW2 auf die An schlüsse N geschaltet, um die Funktion eines herkömmlichen Frequenzspektrumanalysators zu erhalten.In the above-described embodiment of the present invention, although the C / N ratio is considerably improved, the frequency range of the input signal to be analyzed is reduced due to the reduced wobble frequency range of the local signal supplied to the frequency mixer 14 . In this case, when the user wants to analyze the input signal in a wider frequency range, the switches SW1 and SW2 are switched to the terminals N to obtain the function of a conventional frequency spectrum analyzer.
Nachstehend wird die zweite Ausführungsform der vorlie genden Erfindung unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das dem Frequenzmischer 15 zugeführte lokale Signal durch eine von der ersten Ausführungsform verschiedene Schaltungsstruktur erzeugt. Zum Erzeugen des dem Frequenzmischer 15 zuzuführen den fünften lokalen Signals F5 für wird bei der zweiten Aus führungsform an Stelle des bei der ersten Ausführungsform verwendeten Frequenzvervielfachers 45 eine Phasenregel schleife (PLL) 80 verwendet. Im Beispiel von Fig. 2 sind außerdem Frequenzteiler 46 und 47 vorgesehen.The second embodiment of the present invention is described below with reference to FIG. 2. In the embodiment shown in FIG. 2, the local signal supplied to the frequency mixer 15 is generated by a circuit structure different from the first embodiment. In order to generate the fifth local signal F5 for the frequency mixer 15, a phase locked loop (PLL) 80 is used in the second embodiment instead of the frequency multiplier 45 used in the first embodiment. In the example of FIG. 2, frequency dividers 46 and 47 are also provided.
Die Phasenregelschleife (PLL) 80 wird aus einem Phasen vergleicher 81, einem programmierbaren Frequenzteiler 84, einem Schleifenfilter 82 und einem spannungsgesteuerten Os zillator 83 gebildet. Der spannungsgesteuerte Oszillator 83 ist beispielsweise ein dielektrischer Resonanzoszillator, dessen Schwingungsfrequenz durch eine Steuerspannung vom Schleifenfilter 82 gesteuert wird. Die Schwingungsfrequenz wird durch den programmierbaren Frequenzteiler 84, der bei spielsweise ein Untersetzungsverhältnis von 1/5 aufweist, untersetzt und dem Phasenvergleicher 81 zugeführt. Der Pha senvergleicher 81 vergleicht die Phasen des vom programmier baren Frequenzteiler 84 erhaltenen Signals und des dritten lokalen Signals F3 und erzeugt ein die Phasendifferenz zwi schen den beiden Signalen darstellendes Differenzsignal. Durch das Schleifenfilter 82 wird die Charakteristik der ge schlossenen Schleife durch Filtern des Differenzsignals de finiert, um das Steuersignal für den spannungsgesteuerten Oszillator 83 zu erzeugen.The phase locked loop (PLL) 80 is formed from a phase comparator 81 , a programmable frequency divider 84 , a loop filter 82 and a voltage-controlled oscillator 83 . The voltage-controlled oscillator 83 is, for example, a dielectric resonance oscillator, the oscillation frequency of which is controlled by a control voltage from the loop filter 82 . The oscillation frequency is reduced by the programmable frequency divider 84 , which for example has a reduction ratio of 1/5, and fed to the phase comparator 81 . The phase comparator 81 compares the phases of the signal obtained from the programmable frequency divider 84 and of the third local signal F3 and generates a difference signal representing the phase difference between the two signals. By the loop filter 82, the characteristic of the closed loop ge by filtering the difference signal is de finiert to generate the control signal for the voltage controlled oscillator 83rd
Durch die negativ rückgekoppelte Schleife bzw. Gegen kopplungsschleife der Phasenregelschleife (PLL) erzeugt der spannungsgesteuerte Oszillator 83 ein lokales Signal, dessen Frequenz 5-mal höher ist als diejenige des dritten lokalen Signals F3, während seine Phase bezüglich der Phase des dritten lokalen Signals F3 nachgeführt oder -geregelt wird. Die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 83 wird durch den Frequenzteiler 46 untersetzt und dem Fre quenzmischer 15 als das fünfte lokale Signal F5 zugeführt. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist, um zu ver meiden, daß das Eingangssignal F1 und das fünfte lokale Si gnal F5 die gleiche Frequenz aufweisen, der Schalter SW3 vorgesehen, der in diesem Fall auf den Anschluß b geschaltet wird, um die Frequenz zu verschieben.Due to the negative feedback loop or negative feedback loop of the phase locked loop (PLL), the voltage-controlled oscillator 83 generates a local signal, the frequency of which is 5 times higher than that of the third local signal F3, while its phase tracks the phase of the third local signal F3 or is regulated. The output frequency of the voltage-controlled oscillator 83 is stepped down by the frequency divider 46 and fed to the frequency mixer 15 as the fifth local signal F5. Similar to the first embodiment, in order to avoid that the input signal F1 and the fifth local signal F5 have the same frequency, the switch SW3 is provided, which in this case is switched to terminal b to shift the frequency ,
Bei der Anordnung von Fig. 2 wird das Gesamt- Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) auf die gleiche Weise wie unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben um den Faktor N des Untersetzungsverhältnisses verbessert. Die Ausfüh rungsform von Fig. 2 kann kostengünstiger hergestellt wer den als die Ausführungsform von Fig. 1, weil bei der Aus führungsform von Fig. 2 der Frequenzvervielfacher und das zugeordnete Bandpaßfilter nicht erforderlich sind. In the arrangement of FIG. 2, the overall carrier-to-noise ratio (C / N ratio) is improved in the same manner as described with reference to FIG. 1 by the factor N of the reduction ratio. The embodiment of FIG. 2 can be manufactured more economically than the embodiment of FIG. 1, because in the embodiment of FIG. 2 the frequency multiplier and the associated bandpass filter are not required.
Wie vorstehend beschrieben, kann der erfindungsgemäße Frequenzspektrumanalysator das Gesamtphasenrauschen durch Untersetzen der Frequenz des ersten lokalen Oszillators re duzieren. Durch den erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanaly sator kann das Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) un ter Verwendung einer zusätzlichen, relativ einfachen und ko stengünstigen Schaltung verbessert werden.As described above, the invention Frequency spectrum analyzer through the total phase noise Reduction of the frequency of the first local oscillator re duce. Through the frequency spectrum analysis according to the invention sator can the carrier / noise ratio (C / N ratio) un ter using an additional, relatively simple and ko most economical circuit can be improved.
Daher kann der erfindungsgemäße Frequenzspektrumanaly sator das Frequenzspektrum eines Eingangssignals mit einem breiten Dynamikbereich und hoher Auflösung analysieren. Dar über hinaus kann der erfindungsgemäße Frequenzspektrumanaly sator zwischen einem Modus, in dem ein hohes C/N-Verhältnis mit einem relativ schmalen Frequenzbereich eingestellt ist, und einem Modus, in dem die Funktion eines herkömmlichen Frequenzspektrumanalysators eingestellt ist, umgeschaltet werden.The frequency spectrum according to the invention can therefore sator the frequency spectrum of an input signal with a analyze wide dynamic range and high resolution. Dar In addition, the frequency spectrum analysis according to the invention sator between a mode in which a high C / N ratio is set with a relatively narrow frequency range, and a mode in which the function of a conventional one Frequency spectrum analyzer is set, switched become.
Claims (11)
einem ersten Frequenzwandler zum Erzeugen eines ersten ZF-Signals, wobei der erste Frequenzwandler gebildet ist aus einem ersten Frequenzmischer (11), einem ersten Zwischenfrequenz (ZF)-Filter (21), das mit einem Ausgang des ersten Fre quenzmischers (11) verbunden ist, und einem ersten lokalen Signaloszillator (31), der mit dem ersten Frequenzmischer (11) verbunden ist, um diesem ein erstes lo kales Signal bereitzustellen, wobei der erste lokale Signaloszillator (31) einen YIG- Resonator aufweist, der von einem Sägezahnsignal angesteuert wird, und wobei dem ersten Frequenzmischer (11) in einer ersten Betriebsart das Eingangssignal (F1) zugeführt wird;
einem zweiten Frequenzwandler zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals, wobei der zweite Frequenzwandler das erste ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus ei nem zweiten Frequenzmischer (12), einem zweiten ZF-Filter (22), das mit einem Ausgang des zweiten Frequenzmischers (12) verbunden ist, und einem zweiten lokalen Signaloszillator (32), der mit dem zweiten Frequenzmischer (12) verbun den ist, um diesem ein zweites lokales Signal bereitzustellen;
einem dritten Frequenzwandler zum Erzeugen eines dritten ZF-Signals, wobei der dritte Frequenzwandler das zweite ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus einem dritten Frequenzmischer (13), einem dritten ZF-Filter (23), das mit dem dritten Frequenzmischer (13) verbunden ist, und einem dritten lokalen Signaloszillator (33), der mit dem dritten Frequenzmischer (13) verbunden ist, um diesem ein drit tes lokales Signal bereitzustellen, wobei das dritte ZF-Signal als Frequenzspek trum des Eingangssignals (F1) dargestellt wird;
einem Frequenzteiler (40) zum Untersetzen einer Frequenz des ersten lokalen Signals um einen Faktor N;
einem Frequenzvervielfacher (45) zum Vervielfachen einer Frequenz des dritten lokalen Signals;
einem vierten Frequenzmischer (14), dem ein frequenzuntersetztes Signal vom Frequenzteiler (40) als viertes lokales Signal zugeführt wird; und
einem fünften Frequenzmischer (15), der das zu analysierende Eingangssignal (F1) und ein vom Frequenzvervielfacher (45) erhaltenes Signal mit einer verviel fachten Frequenz in einer zweiten Betriebsart als ein fünftes lokales Signal mischt und dem vierten Frequenzmischer (14) in der zweiten Betriebsart ein frequenzge wandeltes Eingangssignal zuführt;
wobei in der zweiten Betriebsart der vierte Frequenzmischer (14) das vierte lokale Signal und das frequenzgewandelte Eingangssignal mischt und dem dritten Fre quenzmischer (13) das sich daraus ergebende ZF-Signal zuführt.1. Spectrum analyzer for analyzing the frequency spectrum of an input signal (F1), with:
a first frequency converter for generating a first IF signal, wherein the first frequency converter is formed which is connected to an output of the first Fre quenzmischers (11) of a first frequency mixer (11), a first intermediate frequency (IF) filter (21) , and a first local signal oscillator ( 31 ), which is connected to the first frequency mixer ( 11 ) in order to provide the latter with a first local signal, the first local signal oscillator ( 31 ) having a YIG resonator which is driven by a sawtooth signal , and wherein the input signal (F1) is supplied to the first frequency mixer ( 11 ) in a first operating mode;
a second frequency converter for generating a second IF signal, the second frequency converter receiving the first IF signal and being formed from a second frequency mixer ( 12 ), a second IF filter ( 22 ) which is connected to an output of the second frequency mixer ( 12 ) and a second local signal oscillator ( 32 ) connected to the second frequency mixer ( 12 ) to provide a second local signal;
a third frequency converter for generating a third IF signal, the third frequency converter receiving the second IF signal and being formed from a third frequency mixer ( 13 ), a third IF filter ( 23 ) connected to the third frequency mixer ( 13 ) and a third local signal oscillator ( 33 ) connected to the third frequency mixer ( 13 ) to provide a third local signal, the third IF signal being represented as the frequency spectrum of the input signal (F1);
a frequency divider ( 40 ) for reducing a frequency of the first local signal by a factor N;
a frequency multiplier ( 45 ) for multiplying a frequency of the third local signal;
a fourth frequency mixer ( 14 ) to which a frequency-reduced signal from the frequency divider ( 40 ) is supplied as a fourth local signal; and
a fifth frequency mixer ( 15 ) which mixes the input signal (F1) to be analyzed and a signal obtained from the frequency multiplier ( 45 ) with a multiplied frequency in a second operating mode as a fifth local signal and the fourth frequency mixer ( 14 ) in the second operating mode supplies a frequency-converted input signal;
wherein in the second mode of operation, the fourth frequency mixer ( 14 ) mixes the fourth local signal and the frequency-converted input signal and feeds the resulting IF signal to the third frequency mixer ( 13 ).
einem ersten Frequenzwandler zum Erzeugen eines ersten ZF-Signals, wobei der erste Frequenzwandler gebildet ist aus einem ersten Frequenzmischer (11), einem ersten Zwischenfrequenz (ZF)-Filter (21), das mit einem Ausgang des ersten Fre quenzmischers (11) verbunden ist, und einem ersten lokalen Signaloszillator (31), der mit dem ersten Frequenzmischer (11) verbunden ist, um diesem ein erstes lo kales Signal zuzuführen, wobei der erste lokale Signaloszillator (31) einen YIG- Resonator aufweist, der von einem Sägezahnsignal angesteuert wird, und wobei in einer ersten Betriebsart dem ersten Frequenzmischer (11) das zu analysierende Eingangssignal (F1) zugeführt wird;
einem zweiten Frequenzwandler zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals, wobei der zweite Frequenzwandler das erste ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus ei nem zweiten Frequenzmischer (12), einem zweiten ZF-Filter (22), das mit einem Ausgang des zweiten Frequenzmischers (12) verbunden ist, und einem zweiten lokalen Signaloszillator (32), der mit dem zweiten Frequenzmischer (12) verbun den ist, um diesem ein zweites lokales Signal zuzuführen;
einem dritten Frequenzwandler zum Erzeugen eines dritten ZF-Signals, das als Frequenzspektrum des Eingangssignals (F1) dargestellt wird, wobei der dritte Frequenzwandler das zweite ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus einem drit ten Frequenzmischer (13), einem dritten ZF-Filter (23), das mit dem dritten Fre quenzmischer (13) verbunden ist, und einem dritten lokalen Signaloszillator (33), der mit dem dritten Frequenzmischer (13) verbunden ist, um diesem ein drittes lo kales Signal zuzuführen;
einem Frequenzteiler (40) zum Untersetzen einer Frequenz des ersten lokalen Signals um einen Faktor N;
einer Phasenregelschleifen-(PLL)-Schaltung (80) zum Erzeugen eines phasenge regelten Signals, dessen Frequenz um einen vorgegebenen Faktor höher ist als die Frequenz des dritten lokalen Signals;
einem vierten Frequenzmischer (14), dem ein frequenzuntersetztes Signal vom Frequenzteiler (40) als viertes lokales Signal zugeführt wird; und
einem fünften Frequenzmischer (15), der in einer zweiten Betriebsart das zu ana lysierende Eingangssignal (F1) und das durch die PLL-Schaltung (80) erzeugte phasengeregelte Signal als ein fünftes lokales Signal mischt und in dieser zweiten Betriebsart dem vierten Frequenzmischer (14) ein frequenzgewandeltes Ein gangssignal zuführt;
wobei in der zweiten Betriebsart der vierte Frequenzmischer (14) das vierte lokale Signal und das frequenzgewandelte Eingangssignal mischt und dem dritten Fre quenzmischer (13) das sich daraus ergebende ZF-Signal zuführt.2. Spectrum analyzer for analyzing the frequency spectrum of an input signal (F1), with:
a first frequency converter for generating a first IF signal, wherein the first frequency converter is formed which is connected to an output of the first Fre quenzmischers (11) of a first frequency mixer (11), a first intermediate frequency (IF) filter (21) , and a first local signal oscillator ( 31 ) which is connected to the first frequency mixer ( 11 ) in order to supply a first local signal, the first local signal oscillator ( 31 ) having a YIG resonator which is driven by a sawtooth signal , and wherein in a first operating mode the first frequency mixer ( 11 ) is supplied with the input signal (F1) to be analyzed;
a second frequency converter for generating a second IF signal, the second frequency converter receiving the first IF signal and being formed from a second frequency mixer ( 12 ), a second IF filter ( 22 ) which is connected to an output of the second frequency mixer ( 12 ) and a second local signal oscillator ( 32 ) connected to the second frequency mixer ( 12 ) to supply a second local signal thereto;
a third frequency converter for generating a third IF signal, which is represented as the frequency spectrum of the input signal (F1), the third frequency converter receiving the second IF signal and being formed from a third frequency mixer ( 13 ), a third IF filter ( 23) which is connected to the third Fre quenzmischer (13), and to supply this signal Kales a third local oscillator signal (33) which is connected to the third frequency mixer (13) a third lo;
a frequency divider ( 40 ) for reducing a frequency of the first local signal by a factor N;
a phase locked loop (PLL) circuit ( 80 ) for generating a phase controlled signal, the frequency of which is higher than the frequency of the third local signal by a predetermined factor;
a fourth frequency mixer ( 14 ) to which a frequency-reduced signal from the frequency divider ( 40 ) is supplied as a fourth local signal; and
a fifth frequency mixer ( 15 ) which in a second operating mode mixes the input signal (F1) to be analyzed and the phase-controlled signal generated by the PLL circuit ( 80 ) as a fifth local signal and in this second operating mode the fourth frequency mixer ( 14 ) supplies a frequency-converted input signal;
wherein in the second mode of operation, the fourth frequency mixer ( 14 ) mixes the fourth local signal and the frequency-converted input signal and feeds the resulting IF signal to the third frequency mixer ( 13 ).
einem ersten Schalter (SW1) zum Zuführen des zu analysierenden Eingangs signals (F1) zum ersten Frequenzmischer (11) in der ersten Betriebsart und zum Zuführen des Eingangssignals (F1) zu dem fünften Frequenzmischer (15) in der zweiten Betriebsart; und
einem zweiten Schalter (SW2) zum Zuführen des zweiten ZF-Signals zum dritten Frequenzwandler (13) in der ersten Betriebsart und zum Zuführen des ZF-Signals von dem vierten Frequenzmischer (14) zum dritten Frequenzwandler in der zwei ten Betriebsart;
wobei zwischen einer ersten Betriebsart, die ein normaler Spektrumanalysemodus ist, und einer zweiten Betriebsart, die ein Modus ist, in dem ein hohes C/N- (Träger/Rausch)-Verhältnis des Spektrumanalysators eingestellt ist, umgeschaltet wird.3. The frequency spectrum analyzer according to claim 1 or 2, further comprising:
a first switch (SW1) for supplying the input signal (F1) to be analyzed to the first frequency mixer ( 11 ) in the first operating mode and for supplying the input signal (F1) to the fifth frequency mixer ( 15 ) in the second operating mode; and
a second switch (SW2) for supplying the second IF signal to the third frequency converter ( 13 ) in the first mode and for supplying the IF signal from the fourth frequency mixer ( 14 ) to the third frequency converter in the second mode;
switching between a first mode, which is a normal spectrum analysis mode, and a second mode, which is a mode in which a high C / N (carrier / noise) ratio of the spectrum analyzer is set.
einen spannungsgesteuerten Oszillator (83), dessen Frequenz durch eine ihm zu geführte Steuerspannung gesteuert wird;
einen Frequenzteiler (84) zum Untersetzen der Frequenz eines Oszillationssignals des spannungsgesteuerten Oszillators (83) in einem vorgegebenen Unterset zungsverhältnis;
einen Phasenvergleicher (81), der das dritte lokale Signal und ein Ausgangssignal des Frequenzteilers (84) empfängt und eine Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen erfaßt und ein die Phasendifferenz darstellendes Differenzsignal erzeugt; und
ein Schleifenfilter (82) zum Definieren einer Schleifencharakteristik der PLL- Schaltung (80) durch Filtern des Differenzsignals, um die Steuerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators (83) zu erzeugen.7. Spectrum analyzer according to one of claims 2 to 6, wherein the PLL circuit ( 80 ) comprises:
a voltage controlled oscillator ( 83 ) whose frequency is controlled by a control voltage supplied to it;
a frequency divider ( 84 ) for reducing the frequency of an oscillation signal of the voltage controlled oscillator ( 83 ) in a predetermined reduction ratio;
a phase comparator ( 81 ) which receives the third local signal and an output signal of the frequency divider ( 84 ) and detects a phase difference between the two signals and generates a difference signal representing the phase difference; and
a loop filter ( 82 ) for defining a loop characteristic of the PLL circuit ( 80 ) by filtering the difference signal to generate the control voltage of the voltage controlled oscillator ( 83 ).
einen zweiten Frequenzteiler (41) zum Untersetzen der Frequenz des dritten lo kalen Signals;
einen sechsten Frequenzmischer (16) zum Mischen des dritten lokalen Signals und des frequenzuntersetzten Ausgangssignals des zweiten Frequenzteilers (41), um ein dem Frequenzvervielfacher (45) zuzuführendes frequenzverschobenes lo kales Signal zu erzeugen; und
einen dritten Schalter (SW3) zum Zuführen des dritten lokalen Signals zum fünften Frequenzmischer (15) in einem normalen Spektrumanalysemodus, und zum Zu führen des frequenzverschobenen lokalen Signals vom sechsten Frequenzmischer (16) zum fünften Frequenzmischer (15) in einem Modus mit hohem C/N- (Träger/Rausch)-Verhältnis.10. Spectrum analyzer according to claim 9, wherein the frequency shift device comprises:
a second frequency divider ( 41 ) for reducing the frequency of the third local signal;
a sixth frequency mixer ( 16 ) for mixing the third local signal and the frequency-reduced output signal of the second frequency divider ( 41 ) to produce a frequency-shifted local signal to be supplied to the frequency multiplier ( 45 ); and
a third switch (SW3) for supplying the third local signal to the fifth frequency mixer ( 15 ) in a normal spectrum analysis mode and for carrying the frequency-shifted local signal from the sixth frequency mixer ( 16 ) to the fifth frequency mixer ( 15 ) in a high C / mode N (carrier / noise) ratio.
einen zweiten Frequenzteiler (47) zum Untersetzen der Frequenz des phasenge regelten Signals von der PLL-Schaltung (80); und
einen dritten Schalter (SW3) zum selektiven Zuführen des phasengeregelten Si gnals von der PLL-Schaltung (80) oder des frequenzverschobenen Signals vom zweiten Frequenzteiler (47) zum fünften Frequenzmischer (15).11. The spectrum analyzer according to claim 9, wherein the frequency shift device comprises:
a second frequency divider ( 47 ) for stepping the frequency of the phased signal from the PLL circuit ( 80 ); and
a third switch (SW3) for selectively feeding the phase-controlled signal from the PLL circuit ( 80 ) or the frequency-shifted signal from the second frequency divider ( 47 ) to the fifth frequency mixer ( 15 ).
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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